擠壓鑄造原理及缺陷分析

摘要：擠壓鑄造技術與傳統金屬型重力鑄造相比區別較大，對于某些鑄件的生產有獨特優勢，然而實際生產中出現的一些鑄造缺陷，成因也不同于傳統鑄造，本文試圖從原理和生產實際出發，分析擠壓鑄造的原理和流程參數，及其鑄造常見缺陷，利用技術上的經驗和實踐提出改進方法，已達到推進該項鑄造技術的推廣，減少損失。

關鍵詞：擠壓鑄造 鋁液 鑄造比壓 保壓時間

1.擠壓鑄造原理及特點

1.1.基本原理

擠壓鑄造又可稱為液態模鍛，是將金屬或合金升溫至熔融態，不加處理注入到敞口模具中，立即閉合模具，讓液態金屬充分流動以充填模具，初步到達制件外部形狀，隨后施以高壓，使溫度下降已凝固的外部金屬產生塑性變形，而內部的未凝固金屬承受等靜壓，同步發生高壓凝固，最后獲得制件或毛坯的方法。由于高壓凝固和塑性變形同時存在，制件無縮孔、縮松等缺陷，組織細密，力學性能高于鑄造方法，接近或相當鍛造方法；無需冒口補縮和最后清理，因而液態金屬或合金利用率高，工序簡化，為一具有潛在應用前景的新型金屬加工工藝。

1.2.擠壓鑄造的特點

擠壓鑄造的工藝對鑄造設備有特殊的要求，并且目前只對部分鑄件有較好的效果。首先，擠壓鑄造設備，需要提供低速但流量較大的液態金屬填充能力，速度約為0.5～3m/s，流量可達1～5kg/s，這樣熔融態金屬才能平穩地將鑄型內氣體排出，并填充鑄型，隨后鑄型填滿的瞬間（50ms～150ms），應能將鑄型內鑄造比壓提升到60～100MPa，這樣合金便能在高壓下凝固成型。由于前述的低速大流量，且擠壓鑄造內澆道有冒口補縮的作用，內澆道口徑較大，且位于鑄件最肥厚的部位。

由于上述特點，擠壓鑄造適合厚壁鑄件（10～50mm），但鑄件尺寸不宜太大（小于200mm）。與壓鑄相同，擠壓鑄造只可使用脫模劑，不適用保溫涂料，故而金屬凝固速度極快，達到300～400攝氏度/s，與金屬型重力鑄造冷卻速度相比，達到了其3～5倍，伸長率高于其他鑄造方法約2～3倍。

2.擠壓鑄造的生產工藝流程

以直徑190系列的鋁活塞為例，介紹擠壓鑄造的工藝流程，擠壓鑄造借鑒于壓力鑄造和模鍛工藝，其大體工藝流程為把液態金屬直接澆入金屬模內。然后在一定時間內以一定的壓力作用于熔融的金屬液體使之成形。并在此壓力下結晶和塑性流動。從而獲得鑄件。在315t的液壓機上生產鋁活塞的具體流程是：首先將鋁加熱到700～720攝氏度，形成鋁液，倒入凹模中，進行扒渣得到相對純凈的鋁液，液壓機上缸下行，上壓頭對鋁液加壓，主缸的峰值加壓壓力達到280t，上壓力加壓至最大表壓力22MPa起，到上壓頭起模止，維持保壓時間在350秒，保壓結束后開模，用底缸將鑄件頂出即可。整體上可分為四個步驟，模具準備，澆注，合模加壓，開模出件。

具體的鑄造過程，注意的參數如下：

頂缸上升速度和金屬流速；對鑄造機而言，頂缸上升速度應該是豐富可調的，而金屬流速須由鑄件壁厚和尺寸決定，以不產生湍流，平穩填充鑄型為原則，鑄件的壁厚越大，尺寸越小，則流速較小，壁厚越小，尺寸越大，則流速較大。

擠壓機頂缸上升頂力和瞬間及時增壓速度；當前我國普遍裝備的油頂機頂缸頂力足夠滿足擠壓鑄造的需求。瞬間及時增壓速度是較為重要的參數，在合金液剛剛充滿鑄型之初，鑄造比壓極小，在50ms～150ms內，下頂缸頂力上升到額定頂力，以保證高比壓下合金液凝固成型。

3.擠壓鑄造缺陷分析

以鋁活塞為例，介紹常見的擠壓鑄造的缺陷分析和解決措施。

3.1.氣孔

氣孔的出現一般是由于最初的鋁液中氣體含量較高，或者澆注過程中侵入了氣體，因此氣孔可分為析出性氣孔和侵入性氣孔。具體的應對措施由其形成原因入手。析出性氣孔的減少，主要需要對鋁液的精煉處理進行強化，得到含氣量低的鋁液。侵入性氣孔則涉及更多的流程，首先熔融態合金注入模具的速度要平穩，不超過0.08m/s，避免產生渦流卷入氣體，并且充分排出鑄模中的氣體，速度太低也可能造成金屬凝固而沒有充滿鑄模，這需要由上壓頭加壓速度來控制，一般厚壁鑄件需控制住0.03～0.06m/s，而壁薄的鑄件則速度稍高，控制在0.05～0.08m/s。

3.2.縮松和縮孔

縮松和縮孔會伴隨著氣孔產生，通常會出現在活塞最后凝固的區域，上壓頭下行至型腔封閉時，鋁液存在向上的反向流動，而擠壓鑄造不能設置冒口補縮，故只能將未凝固的鋁液擠入活塞銷座和頭部熱節處，實現補縮，這有賴于上壓頭的壓力對鑄件進行壓縮，而壓力不足會導致補縮效果不明顯，活塞稍座和頭部可能出現縮孔和縮松。

對于該問題，首先是對上壓頭的壓力進行合理選取，依據合金類型和鑄件外形因素設置壓力。上壓頭的最低壓力值需在80MPa以上，而最高不宜超過120MPa，在該范圍內逐步提高壓力值以減少縮松和縮孔，其次，一定的保壓時間也是消除縮松和縮孔所需條件，持續的保壓中，確保金屬能夠全部冷卻凝固，不發生卸壓后仍有液態金屬繼續凝固產生縮孔縮松，同時，過長的保壓時間會導致模具溫度升高，且脫模困難，不利于模具的壽命，經過驗證，保壓時間在150s～350s內，鑄件質量較好，該時間由鑄件最大壁厚來大致估計。

3.3.氧化夾雜

擠壓鑄造中，不設置澆冒口，也很少設置集渣包，排渣系統不足，但鋁液在熔煉和澆注中，不斷產生氧化夾雜，在形成鑄件后，氧化夾雜融入其中，導致外圓氧化夾雜的缺陷。

對于氧化夾雜問題，首先鋁合金的融化過程，溫度精確控制在700～720攝氏度，使渣浮起，除盡鋁液內氧化渣，并且坩堝和澆勺也清理干凈，澆注之時，避免直接通過漏斗直澆道，可使用孔眼直徑在1mm左右的過濾網以便濾去氧化渣和溶劑渣。加壓之前，進行一個快速的扒渣，由模壁向中心，從中心剔除殘渣，而在壓制之前，不得有冷隔金屬參與擠壓鑄造過程。

4.總結

擠壓鑄造是一項優質高效的生產工藝，如果各工藝環節控制得當，可以產生質量較好的鑄件，然而在實際生產中，卻因為種種原因產生缺陷，給廠家和使用者帶來損失，本文對缺陷原因從技術上進行了分析，從生產流程上提出了應對措施，結合實際情況，使擠壓鑄造技術更好地用于生產。

參考文獻

[1]唐多光， 鋁合金擠壓鑄造若干技術問題的討論[ J] . 《特種鑄造及有色合金》 2002， （ 6） ： 28- 29.

[2]張屹林， 閆汝輝， 王秀金.鋁活塞液態模鍛常見缺陷分析.《鑄造技術》2006.12

作者簡介 姓名：曹博 學校：大連交通大學 生日：（1990-01-03）性別：男 民族：漢族 籍貫：遼寧省撫順市 學歷：本科 研究方向：鑄造/金屬材料/機械 郵編：116041